Hadrons dans un calorimètre électromagnétique silicium-tungstène hautement granulaire - Production du quark top à l'International Linear Collider

Hadrons in a highly granular SiW ECAL – Top quark production at the ILC

• Auteur / Autrice : Philippe Doublet
• Direction : Roman Pöschl
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 03/10/2011
• Etablissement(s) : Paris 11
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Particules, Noyaux, Cosmos (Paris ; 2009-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de l'accélérateur linéaire (Orsay, Essonne ; 1969-2019)
• Jury : Président / Présidente : Achille Stocchi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Roman Pöschl, Achille Stocchi, Ties Behnke, Michael Edward Peskin, Barry C. Barish, Laurent Serin, François Richard
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Ties Behnke, Michael Edward Peskin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Calorimètres électromagnétiques

Particules (physique)

Mots clés libres

ILC

ILD

CALICE

SiW ECAL

Hadrons

Quark top

Asymétrie

ILC

, ILD

CALICE

SiW ECAL

Hadrons

Top quark

Asymmetry

Résumé

L'International Linear Collider (ILC) est un projet de futur collisionneur électron positron opérant à une énergie nominale dans le centre de masse de 500 GeV. Il fera des mesures de précision, par exemple d'un boson de Higgs léger qui pourrait être bientôt découvert au Large Hadron Collider. Les détecteurs de l'ILC prévus à cet effet seront composés de calorimètres à haute granularité.Cette thèse présente l'étude de la réponse d'un calorimètre électromagnétique silicium tungstène hautement granulaire (ECAL SiW) ainsi que l'étude de la production du quark top à l'ILC.Le prototype d'un ECAL SiW développé par la collaboration CALICE a été testé sous faisceaux de particules chargées au FNAL en Mai et Juillet 2008. Après avoir sélectionné des pions chargés négativement et entrant dans le ECAL, sa haute granularité est mise à profit pour introduire une classification en quatre types d'événements, afin de décrire des interactions hadroniques.Des modèles de dimensions supplémentaires expliquent l'anomalie AFBb du LEP par une modification des couplages des quarks de troisième génération au boson Z. Ces effets motivent l'étude de la désintégration semileptonique des paires de quarks top, effectuée ici au moyen d'une simulation complète du détecteur ILD proposé pour l'ILC à une énergie dans le centre de masse de 500GeV pour une luminosité intégrée L = 500 fb-1. Les performances de ce détecteur permettent d'atteindre des efficacités de sélection de plus de 70% avec une pureté meilleure que 95%. Cela se traduit par une précision relative d'environ 1% sur l’asymétrie gauche-droite de la production du quark top ALR ainsi que sur l'asymétrie avant-arrière du quark top AFBt dans le cas où les électrons sont polarisés à 80% et pas les positrons. Les incertitudes relatives sur les couplages gauche et droit du quark top au boson Z peuvent aller jusqu'à 0.9% et 1.5%.

The International Linear Collider (ILC) is a proposed e+e- collider with a center-of-mass energy of 500 GeV or more, aimed at precision measurements, e.g. of a light Higgs boson that could be discovered soon at the Large Hadron Collider. Its detectors foresee the use of fine grained calorimeters to achieve the desired precisions.This thesis presents the study of the response to hadrons of a highly granular silicon-tungsten electromagnetic calorimeter (SiW ECAL), and the study of top quark pair production at the ILC.The SiW ECAL prototype developed by the CALICE collaboration was tested with beams of charged particles at FNAL in May and July 2008. After selecting single negatively charged pions entering the ECAL, its fine granularity is used to introduce a classification among four types of events, used to describe hadronic interactions.Motivated by extra-dimensional models which may explain the AFBb LEP anomaly by modifying the couplings of third generation quarks to the Z boson, the semileptonic decay of the top quark is studied with a full simulation of the proposed ILD detector for the ILC at center-of-mass energy of 500 GeV and integrated luminosity of 500 fb-1. Detector performances permit to reach efficiencies larger than 70% in finding those events with purity larger than 95%. This translates into a relative accuracy of about 1% on both the left-right asymmetry of top production ALR and the top forward-backward asymmetry AFBt with electrons polarized at 80% and no polarization of the positrons. The relative uncertainties in the left and right couplings of the top quark to the Z boson could be as good as 0.9% and 1.5%.